JP2019127999A - 免震支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定な免震特性を得ることができ、加えて、積層方向における振動減衰体の一端部及び他端部に対する保持性を維持できる一方、積層方向における当該一端部及び他端部と積層方向における当該一端部及び他端部間の振動減衰体の中間部との境界領域で疲労を回避することができ、而して、地震エネルギ減衰能の低下を回避できる免震支持装置を提供すること。【解決手段】免震支持装置１は、交互に積層された弾性層２及び剛性層３を有する積層体７と、上取付板１０の下面１２から下取付板１１の上面１３まで積層方向Ｖに伸びた中空部１４に配されている鉛プラグ１７とを具備している。【選択図】図１

Description

本発明は、二つの構造物間に配されて両構造物間の相対的な水平振動のエネルギを吸収し、構造物へ入力される振動加速度を低減するための装置、特に地震エネルギを減衰して地震入力加速度を低減し、建築物、橋梁等の構造物の損壊を防止する免震支持装置に関する。

交互に積層された弾性層及び剛性層並びにこれら弾性層及び剛性層の内周面で規定された中空部を有する積層体と、この積層体の中空部に配された鉛プラグとを具備した免震支持装置は、知られている。

斯かる免震支持装置は、積層体の積層方向の一端側に設けられた構造物の鉛直荷重を当該積層体及び鉛プラグで支持すると共に地震に起因する積層体の積層方向の他端に対しての構造物の水平方向の振動を積層体の剪断弾性変形を伴う鉛プラグの塑性変形（剪断変形）で減衰させる一方、同じく地震に起因する積層体の積層方向の他端の水平方向の振動の構造物への伝達を鉛プラグの塑性変形を伴う積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっている。

特開２００９−８１８１号公報

ところで、この種の免震支持装置では、鉛プラグを得るべく積層体の中空部に鉛が圧入、充填されるが、圧入、充填されて積層体の剛性層及び弾性層の内周面に取り囲まれた鉛プラグは、弾性層の弾性により部分的に押し戻されることになるが、この押し戻しにより鉛プラグには内圧が発生する。

この発生した鉛プラグの内圧が弾性層の剛性との関連で充分でないと、免震支持装置の免震動作において、鉛プラグの外周面と剛性層及び弾性層の内周面との間に隙間が生じて、鉛プラグで効果的に振動を減衰させることができなくなる虞が生じる。

加えて、この種の免震支持装置の鉛プラグは、その積層方向の一端部及び他端部の夫々で積層方向の一端及び他端の剛性層又は一端取付板及び他端取付板の内周面で規定された中空部に配されて、当該一端及び他端の剛性層又は一端取付板及び他端取付板に保持されているが、この保持された鉛プラグの積層方向の一端部及び他端部の夫々の積層方向における長さが当該一端部及び他端部での積層方向に直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の径と比較して短い場合には、当該鉛プラグの積層方向の一端部及び他端部での保持性が低下して、一の地震に起因する積層体の積層方向の他端に対しての構造物の水平方向の振動での積層方向における当該一端部と他端部との間の鉛プラグの中間部での塑性変形（剪断変形）が不十分となり、地震エネルギ減衰能が低下する一方、当該長さが長い場合には、当該鉛プラグの積層方向の一端部及び他端部は、しっかりと保持されるが、当該一端部及び他端部での鉛の流動性が低減して当該一端部及び他端部と鉛プラグの中間部との境界領域に疲労が生じて、長さが短い場合と同様に、地震エネルギ減衰能が低下する虞が生じる。

斯かる問題は、鉛プラグにおいて顕著に生じるのであるが、鉛プラグに限らず、塑性変形で振動エネルギを吸収する鉛、錫又は非鉛系低融点合金等の減衰材料からなる振動減衰体でも生じ得る。

本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、積層体の中空部に配された振動減衰体を所定に隙間なしに拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて、積層方向における振動減衰体の一端部及び他端部に対する保持性を維持できる一方、積層方向における当該一端部及び他端部と積層方向における当該一端部及び他端部間の振動減衰体の中間部との境界領域で疲労を回避することができ、而して、地震エネルギ減衰能の低下を回避できる免震支持装置を提供することを目的とする。

本発明による免震支持装置は、交互に積層された複数の弾性層及び剛性層を有する積層体と、この積層体の積層方向の一端面及び他端面に取付けられた一端取付板及び他端取付板と、弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板で取り囲まれていると共に積層方向に伸びた中空部に配された振動減衰体とを具備しており、且つ、一端取付板に加わると共に他端取付板に向かう積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持するようになっており、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの一端取付板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となるように中空部に配された振動減衰体は、積層体の積層方向の一端の剛性層又は一端取付板の内周面で規定された中空部の積層方向の一端に配された一端部と、積層体の積層方向の他端の剛性層又は他端取付板の内周面で規定された中空部の積層方向の他端に配された他端部と、積層方向におけるこれら一端部及び他端部間の中空部に配された中間部とを具備しており、中間部の積層方向の一端からの振動減衰体の一端部の積層方向の長さｈ１及び中間部の積層方向の他端からの振動減衰体の他端部の積層方向の長さｈ２と積層方向に対して直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の当該一端部及び他端部の径ｄ１及びｄ２との比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々は、０．０５から０．７の範囲内である。

本発明による免震支持装置は、好ましくは、他端取付板に対しての一端取付板の積層方向に直交する方向の振動を積層体の剪断弾性変形を伴う振動減衰体の塑性変形で減衰させると共に他端取付板の積層方向に直交する方向の振動の一端取付板への伝達を振動減衰体の塑性変形を伴う積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっており、また、本発明における振動減衰体は、好ましい例では、弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板に対して隙間なしに中空部に配されている。

本発明は、支持する構造物から一端取付板に加えられた荷重（鉛直荷重）Ｗで弾性層が積層方向（鉛直方向）において圧縮されて中空部の高さ（積層方向の長さ）が低くなると、振動減衰体が弾性層の内周面を押圧して部分的に弾性層に積層方向に直交する方向（水平方向、即ち、剪断方向）に張り出し、この張り出し、言い換えると、振動減衰体による弾性層の内周面への押圧に起因する弾性層の弾性反力に基づく振動減衰体に生じる内圧であって振動減衰体からの一端取付板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が一定の関係となるように、振動減衰体が中空部に配されてなる免震支持装置では、中空部に配された振動減衰体を所定に隙間なしに拘束し得るという知見に基づいてなされたものである。

斯かる知見に基づく本発明の免震支持装置では、面圧Ｐｒと面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）、好ましくは、１．００を超える（比Ｐｒ／Ｐ０＞１．００）ように、より好ましくは、１．０９以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．０９）、更により好ましくは、２．０２以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．０２）、最も好ましくは、２．５０以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．５０）となるように、振動減衰体が中空部に好ましくは密に配されていると、積層方向に直交する方向の積層体の剪断弾性変形においても、中空部に配された振動減衰体を所定に隙間なしに弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板で拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性層及び振動減衰体の疲労を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を提供することができる。

本発明において、振動減衰体からの一端取付板への面圧Ｐｒは、構造物からの荷重の大きさと中空部への振動減衰体の充填の程度と弾性層の弾性率又は剛性率の高低とによって増減し、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である免震支持装置では、中空部を規定する積層体の内周面は、振動減衰体が弾性層に適切に食い込んで、当該弾性層の位置では環状の凹面になり、剛性層の位置では環状の凸面になる。

ところで、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい免震支持装置では、中空部を規定する弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板と、これらに接する振動減衰体の外周面との間に隙間が生じ易くなり、したがって免震支持装置の作動中に、容易に弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板と振動減衰体の外周面との間に隙間が生じ、不安定な免震特性を示すことになる。これは、振動減衰体が積層体に少なくとも剪断方向（水平方向）において隙間なく拘束されず、振動減衰体に剪断変形以外の変形を生じることによるものと推測される。

一方、比Ｐｒ／Ｐ０が一定以上大きい免震支持装置、具体的には、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０よりも大きい免震支持装置では、振動減衰体が大きく弾性層に食い込んで、弾性層の内周面が過度に凹面になり、この部位の近傍での弾性層と剛性層との間の剪断応力が大きくなり過ぎ、弾性層の劣化を早め、弾性層の耐久性が劣ることになり、また、比Ｐｒ／Ｐ０が斯かる５．９０よりも大きい免震支持装置を得るには、振動減衰体の中空部への圧入を極めて大きくしなければならず、免震支持装置の製造が困難であることも判った。

そして、中空部に配された振動減衰体を所定に隙間なしに弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板で拘束し得て、安定な免震特性を得ることができ、加えて弾性層及び振動減衰体の疲労を回避することができ、耐久性及び免震効果並びに製造性に特に優れた免震支持装置を得ることのできる比Ｐｒ／Ｐ０は、本発明の免震支持装置で免震支持する建築物及び橋梁での各荷重Ｗで好ましい範囲が存在するが、該各免震支持装置は、比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００であって、比Ｐｒ／Ｐ０≦５．９０であると、小さな振動入力では、高い剛性を示し、大きな振動入力では、低い剛性を示す機能、いわゆるトリガ機能を得ることができる上に、大振幅の地震動に特に好ましく対応し得、しかも、製造性に極めて優れる。

加えて、本発明では、振動減衰体の一端部の積層方向の長さｈ１及び振動減衰体の他端部の積層方向の長さｈ２と当該一端部及び他端部での積層方向に直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の径ｄ１及びｄ２との比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々が、０．０５以上であるため、積層方向における振動減衰体の一端部及び他端部に対する保持性を維持できる一方、当該比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々が、０．７以下であるために、免震における中間部の剪断変形での中空部の一端及び他端から当該一端及び他端間の中空部への振動減衰体の流動性を確保できる結果、境界領域での振動減衰体の疲労を回避することができ、而して、地震エネルギ減衰能の低下を回避できる免震支持装置を提供することができる。

本発明において、境界領域での疲労による地震エネルギ減衰能の低下をより避けることができる好ましい例では、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々は、０．５以下である。

比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々が小さすぎると、免震における中間部の剪断変形で、振動減衰体の積層方向の一端部及び他端部をしっかりと保持できなくなる虞が生じため、本発明では、０．０５以上であるが、好ましい例では、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々は、０．２５以上である。

本発明において、振動減衰体は、好ましい例では、塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料からなり、斯かる減衰材料は、鉛、錫又は非鉛系低融点合金（例えば、錫−亜鉛系合金、錫−ビスマス系合金及び錫−インジウム系合金より選ばれる錫含有合金であって、具体的には、錫４２〜４３重量％及びビスマス５７〜５８重量％を含む錫−ビスマス合金等）からなっていてもよい。

本発明において、積層方向の一端の剛性層及び一端取付板に関して、好ましい例では、積層方向の一端の剛性層は、その内周面で規定されていると共に振動減衰体の一端部が配された貫通孔を具備しており、この貫通孔は、振動減衰体の一端部の積層方向の長さｈ１に等しい長さと、当該一端部での積層方向に直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の径ｄ１に等しい径とを有している。

本発明において、積層方向の他端の剛性層及び他端取付板に関して、好ましい例では、積層方向の他端の剛性層は、その内周面で規定されていると共に振動減衰体の他端部が配された貫通孔を具備しており、この貫通孔は、振動減衰体の他端部の積層方向の長さｈ２に等しい長さと、当該他端部での積層方向に直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の径ｄ２に等しい径とを有している。

本発明では、弾性層の素材としては、天然ゴム、シリコーンゴム、高減衰ゴム、ウレタンゴム又はクロロプレンゴム等を挙げることができるが、好ましくは天然ゴムであり、弾性層の各層は、好ましくは、無負荷状態（支持する積層方向の荷重が一端取付板に加えられていない状態）において１ｍｍ〜３０ｍｍ程度の厚みを有しているが、これに限定されず、また、剛性層の素材としては、鋼板、炭素繊維、ガラス繊維若しくはアラミド繊維等の繊維補強合成樹脂板又は繊維補強硬質ゴム板等を挙げることができ、剛性層の各層は、１ｍｍ〜６ｍｍ程度の厚みを有していても、また、一端及び他端の剛性層は、積層方向において一端及び他端の剛性層間の剛性層の厚み、例えば１ｍｍ〜６ｍｍ程度の厚みよりも厚い、例えば１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の厚みを有していてもよいが、これらに限定されず、加えて、弾性層及び剛性層は、その枚数においても特に限定されず、支持する構造物の荷重、剪断変形量（水平方向歪量）、弾性層の弾性率、予測される構造物への振動加速度の大きさの観点から、安定な免震特性を得るべく、弾性層及び剛性層の枚数を決定すればよい。

また、本発明では、弾性体及び剛性層は、円環状体であって、振動減衰体は、円柱状体が好ましいが、他の形状のもの、例えば弾性体及び剛性層は、楕円環状体若しくは中空方形体であって、振動減衰体は、楕円柱若しくは方形体であってもよく、中空部は、一つでもよいが、これに代えて、複数の中空部を有していてもよく、この複数の中空部の夫々に振動減衰体を配して免震支持装置を構成してもよい。なお、一個の中空部に関して、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が互いに同一である必要はなく、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が互いに異なっていてもよく、また、複数の中空部の夫々に関して、比Ｐｒ／Ｐ０並びに比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が中空部の相互において同一である必要はなく、比Ｐｒ／Ｐ０並びに比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が中空部の相互においてそれぞれ異なっていてもよく、また、これら複数の中空部の夫々に関して比Ｐｒ／Ｐ０並びに比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が上記の通り、１．００以上及び０．０５から０．７の範囲内であることが好ましいが、複数の中空部の一部に関してのみ比Ｐｒ／Ｐ０並びに比ｈ１／ｄ１及びｈ２／ｄ２が１．００以上及び０．０５から０．７の範囲内であってもよい。

本発明によれば、積層体の中空部に配された振動減衰体を所定に隙間なしに拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて、積層方向における振動減衰体の一端部及び他端部に対する保持性を維持できる一方、積層方向における当該一端部及び他端部と積層方向における当該一端部及び他端部間の振動減衰体の中間部との境界領域で疲労を回避することができ、而して、地震エネルギ減衰能の低下を回避できる免震支持装置を提供することができる。

図１は、本発明の好ましい実施の形態の一具体例の図２のＩ−Ｉ線矢視断面説明図である。 図２は、図１に示す具体例の一部破断平面説明図である。 図３は、図１に示す具体例の鉛プラグの斜視説明図である。 図４は、図１に示す具体例の動作説明図である。 図５は、本発明の好ましい実施例１の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図６は、本発明の好ましい実施例２の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図７は、本発明の好ましい実施例３の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図８は、比較例１の水平変位と水平応力との履歴特性の試験結果説明図である。 図９は、本発明に係る免震支持装置の水平変位と水平応力との履歴特性説明図である。 図１０は、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２と切片荷重比との関係の試験結果説明図である。

以下、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい具体例に基づいて説明する。なお、本発明は本具体例に何等限定されないのである。

図１から図３に示す本例の免震支持装置１は、交互に積層された複数の円環状の弾性層２及び剛性層３に加えて、弾性層２及び剛性層３の円筒状の外周面４及び５を被覆した円筒状の被覆層６を有する円筒状の積層体７と、積層体７の積層方向（本例では、鉛直方向でもある）Ｖの一端面及び他端面である円環状の上端面８及び下端面９に取付けられた一端取付板及び他端取付板である円板状の上取付板１０及び下取付板１１と、弾性層２及び剛性層３並びに上取付板１０及び下取付板１１で取り囲まれていると共に上取付板１０の積層方向Ｖの一方の面である円形の下面１２から下取付板１１の積層方向Ｖの一方の面である円板状の上面１３まで積層方向Ｖに伸びた中空部１４に、当該弾性層２の内周面１５及び剛性層３の円筒状の内周面１６並びに下面１２及び上面１３に対して隙間なしに配されていると共に積層方向Ｖに直交する方向、本例では、水平方向Ｈの塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料からなる振動減衰体としての鉛プラグ１７と、上取付板１０を上端面８に、下取付板１１を下端面９に夫々取付ける複数のボルト１８及び１９とを具備している。

厚さｔ１の天然ゴム製の円環状のゴム板からなる弾性層２の夫々は、積層方向Ｖのその一方の面及び他方の面である円環状の上面２１及び下面２２で、水平方向Ｈに平行なこれら平坦な上面２１及び下面２２に積層方向Ｖにおいて対面する剛性層３の積層方向Ｖの一方の面及び他方の面であって水平方向Ｈに平行な平坦な下面２３及び上面２４に夫々加硫接着されており、当該弾性層２の内周面１５の夫々は、剛性層３間への鉛プラグ１７の部分的な食い込みで凹面になっており、而して、各弾性層２の位置で鉛プラグ１７の円筒状の外周面２５は、凸面になっている。

弾性層２の夫々と同心に配された複数の剛性層３において、積層体７の積層方向Ｖの一端及び他端である最上端及び最下端の剛性層３の夫々は、積層方向Ｖの厚さｔ２の円環状の互いに同一の鋼板からなり、積層方向Ｖにおいて最上端の剛性層３と最下端の剛性層３との間に配された剛性層３の夫々は、弾性層２の厚さｔ１並びに最上端及び最下端の剛性層３の厚さｔ２よりも薄い積層方向Ｖの厚さｔ３（ｔ３＜ｔ１且つｔ３＜ｔ２）の円環状の互いに同一の鋼板からなり、最上端の剛性層３は、その内周面１６で規定されていると共に鉛プラグ１７の積層方向Ｖの一方の端部である円柱状の上端部２７が配された貫通孔２８と、円環状の上面２４で開口していると共に貫通孔２８を中心として円周方向Ｒに等間隔に当該上面２４に設けられた複数個の有底の螺子穴２９とを具備しており、最下端の剛性層３は、その内周面１６で規定されていると共に鉛プラグ１７の積層方向Ｖの他方の端部である円柱状の下端部３１が配された貫通孔３２と、円環状の下面２３で開口していると共に貫通孔３２を中心として円周方向Ｒに等間隔に当該下面２３に設けられた複数個の有底の螺子穴３３とを具備している。

積層方向Ｖに直交する方向、本例では、水平方向Ｈにおいて厚さ５ｍｍ程度であって弾性層２と同一の天然ゴムからなると共に積層体７の外周面ともなる円筒状の外周面３５並びに積層方向Ｖの一方及び他方の面としての円環状の上端面３６及び下端面３７を有した被覆層６は、その円筒状の内周面３８で外周面４及び５に加硫接着されている。

而して、水平方向Ｈに平行な平坦な上端面８は、上面２４と上端面３６とを具備しており、同じく水平方向Ｈに平行な下端面９は、下面２３と下端面３７とを具備している。

上取付板１０は、鉛プラグ１７の上端部２７の積層方向Ｖの一方の面としての円形であって水平方向Ｈに平行である平坦な上端面４１並びに最上端の剛性層３の上面２４及び被覆層６の上端面３６からなる上端面８が接触すると共に水平方向Ｈに平行である平坦な下面１２に加えて、積層方向Ｖの他方の面としての円形であって水平方向Ｈに平行である平坦な上面４２と、上面４２で開口していると共に貫通孔２８を中心として円周方向Ｒに等間隔に当該上面４２に設けられた複数個の凹所４３と、凹所４３に連通する一方、下面１２で開口すると共に螺子穴２９に対応して貫通孔２８を中心として円周方向Ｒに等間隔に設けられた貫通孔４４と、円筒状の側面４５と、水平方向Ｈにおいて側面４５の近傍に貫通孔２８を中心として円周方向Ｒに等間隔に設けられた複数個の貫通孔４６とを具備しており、斯かる上取付板１０は、各凹所４３及び各貫通孔４４に挿通されて各螺子穴２９に螺合される各ボルト１８により最上端の剛性層３に固定されるようになっている。

下取付板１１は、鉛プラグ１７の下端部３１の積層方向Ｖの一方の面としての円形であって水平方向Ｈに平行である平坦な下端面５１並びに最下端の剛性層３の下面２３及び被覆層６の下端面３７からなる下端面９が接触すると共に水平方向Ｈに平行である平坦な上面１３に加えて、積層方向Ｖの他方の面としての円形であって水平方向Ｈに平行である平坦な下面５２と、下面５２で開口していると共に貫通孔２８を中心として円周方向Ｒに等間隔に当該下面５２に設けられた複数個の凹所５３と、凹所５３に連通する一方、上面１３で開口すると共に螺子穴３３に対応して貫通孔２８を中心として円周方向Ｒに等間隔に設けられた貫通孔５４と、円筒状の側面５５と、水平方向Ｈにおいて側面５５の近傍に貫通孔２８を中心として円周方向Ｒに等間隔に設けられた複数個の貫通孔５６とを具備しており、斯かる下取付板１１は、各凹所５３及び各貫通孔５４に挿通されて各螺子穴３３に螺合される各ボルト１９により最下端の剛性層３に固定されるようになっている。

各弾性層２の内周面１５、各剛性層３の内周面１６、下面１２及び上面１３で規定された中空部１４に配された鉛プラグ１７は、最上端の剛性層３の内周面１６で規定された中空部１４の積層方向Ｖの一端に配された上端部２７と、最下端の剛性層３の内周面１６で規定された中空部１４の積層方向Ｖの他端に配された下端部３１とに加えて、積層方向Ｖにおけるこれら上端部２７及び下端部３１間の中空部１４に配された中間部６１を具備しており、中間部６１は、積層方向Ｖにおいて最上端及び最下端の剛性層３間の複数の弾性層２の内周面１５及び複数の剛性層３の内周面１６で規定されており、中間部６１の積層方向Ｖの一端から上端面４１までの鉛プラグ１７の上端部２７の積層方向Ｖの長さｈ１（最上端の剛性層３の積層方向Ｖの厚さｔ２に等しい）及び中間部６１の積層方向Ｖの他端から下端面５１までの鉛プラグ１７の下端部３１の積層方向Ｖの長さｈ２（最下端の剛性層３の積層方向Ｖの厚さｔ２に等しく、従って、本例では、ｈ１＝ｈ２）と、積層方向Ｖに対して直交する方向であって図４に示す免震における中間部６１の剪断変形方向、本例では水平方向Ｈの当該上端部２７及び下端部３１の径ｄ１及びｄ２（本例では、上端面４１及び下端面５１の直径であって、しかも、ｄ１＝ｄ２であり、加えて、内周面１６の径ｄ３と同一、即ち、ｄ１＝ｄ２＝ｄ３である）との比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々は、０．０５から０．７の範囲内、本例では、０．５である。

塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料である鉛の中空部１４への圧入、充填により作成された鉛プラグ１７は、支持する上部の構造物６５（図４参照）からの積層方向Ｖの荷重、本例では、積層方向Ｖの下向きの力、即ち、鉛直荷重Ｗが上取付板１０に加えられていない状態（無荷重下）でも、内周面１５及び１６並びに下面１２及び上面１３に対して隙間なしに配されていると共に弾性層２の弾性力に抗して弾性層２に向って水平方向（剪断方向）Ｈに張り出して弾性層２に部分的に若干食い込み、弾性層２の内周面１５を凹面にする結果、内周面１５及び１６からなる積層体７の内周面６６は、当該弾性層２の内周面１５の位置で凹面になっている一方、最上端の剛性層３と最下端の剛性層３との間に配された剛性層３の内周面１６の位置で凸面になっており、支持する上部の構造物６５からの積層方向Ｖの鉛直荷重Ｗが上取付板１０に加えられた状態（荷重下）では、弾性層２が積層方向Ｖにおいて圧縮されて弾性層２の厚みｔ１が無荷重下の厚みｔ１よりも小さくなって、積層体７の高さｈ、延いては、免震支持装置１の高さが低くなる結果、中空部１４に圧入、充填された鉛プラグ１７は、弾性層２の弾性力に抗して当該弾性層２の弾性変形により水平方向Ｈに張り出して弾性層２に食い込み、弾性層２の内周面１５をより大きく水平方向Ｈに凹んだ凹面にする。

斯かる鉛プラグ１７は、支持する上部の構造物６５からの積層方向Ｖの鉛直荷重Ｗが上取付板１０に加えられた状態での当該鉛直荷重Ｗに基づく当該鉛プラグ１７からの上取付板１０への反力（積層方向Ｖの上向きの力）Ｆｒによる面圧Ｐｒ（＝Ｆｒ／（鉛プラグ１７の一端面４１の面積）Ｎ／ｍ^２、但しＮはニュートン、以下、同じ）と当該鉛直荷重Ｗに基づく積層体７の当該鉛直荷重Ｗに対する受圧面での面圧Ｐ０（＝Ｗ／（積層体７の鉛直荷重Ｗに対する受圧面積である上端面８の面積）Ｎ／ｍ^２）との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になるように、中空部１４に密に配されている。

上取付板１０に加わると共に下取付板１１に向かう積層方向Ｖの鉛直荷重Ｗを積層体７及び鉛プラグ１７で支持するようになっている以上の免震支持装置１は、図４に示すように、上取付板１０が貫通孔４６に挿入されたアンカーボルト７１を介して構造物６５に、下取付板１１が貫通孔５６に挿入されたアンカーボルト７２を介して基礎等の下部の構造物７３に夫々固定されて構造物６５及び７３間に配され、構造物６５の鉛直荷重Ｗを受けて、上取付板１０に加わる積層方向Ｖの鉛直荷重Ｗを積層体７及び鉛プラグ１７で支持すると共に地震においては図４に示すように下取付板１１の水平方向Ｈの振動の上取付板１０への伝達を積層体７の水平方向Ｈの剪断弾性変形で抑制する一方、下取付板１１に対しての上取付板１０の水平方向Ｈの振動を鉛プラグ１７の水平方向Ｈの塑性変形で減衰させるようになっている。

免震支持装置１を製造する場合には、まず、弾性層２となる円環状の厚さｔ１で且つ内周面１６の径ｄ３と同一の径を有した凹面に変形する前の内周面１５をもった複数枚のゴム板と最上端及び最下端の剛性層３間の剛性層３となる円環状の厚さｔ３及び径ｄ３の内周面１６を有した複数枚の鋼板とを交互に積層して、その下面及び上面に最上端及び最下端の剛性層３となる円環状の厚さｔ２及び径ｄ１＝ｄ２（＝ｄ３≧ｔ２）の内周面１６を有した鋼板を配置し、型内における加圧下での加硫接着等によりこれらを相互に固定してなる積層体７を形成し、その後、ボルト１９を介して下取付板１１を最下端の剛性層３に固定し、次に、鉛プラグ１７を中空部１４に形成すべく、中空部１４に鉛を圧入する。鉛の圧入は、鉛プラグ１７が積層体７により中空部１４において隙間なしに拘束されるように、鉛を中空部１４に油圧ラム等により押し込んで行い、鉛の圧入後、ボルト１８を介して上取付板１０を最上端の剛性層３に固定する。なお、型内における加圧下での加硫接着による積層体７の形成において、弾性層２及び剛性層３の外周面４及び５を覆って被覆層６となるゴムシートを外周面４及び５に捲き付け、該加硫接着と同時に、弾性層２及び剛性層３の外周面４及び５に加硫接着された被覆層６を形成してもよい。また斯かる形成において、弾性層２となるゴム板の内周側の一部が流動して、剛性層３の内周面１６、好ましくは最上端及び最下端の剛性層３間の剛性層３の内周面１６を覆って、被覆層６の厚さよりも充分に薄い被覆層が形成されてもよい。

製造された免震支持装置１が面圧Ｐｒと面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上であることを確認するために、言い換えると、面圧Ｐｒと面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である免震支持装置１を製造するために、ロードセル（圧力センサ）からのリード線を導出し得る細孔が形成された仮の上取付板１０を準備し、鉛の圧入後、ロードセルを仮の上取付板１０の下面１２と鉛プラグ１７の上端面４１との間にロードセルを介在させ、ロードセルからのリード線を仮の上取付板１０に形成された細孔から導出して、ボルト１８を介して仮の上取付板１０を最上端の剛性層３に固定し、仮の上取付板１０に本免震支持装置１で支持する予定の鉛直荷重Ｗを加えた状態でこの導出されたリード線の電気信号を測定して、この測定した電気信号から面圧Ｐｒを検出し、この検出した面圧Ｐｒと面圧Ｐ０とから比Ｐｒ／Ｐ０を求め、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である場合には、仮の上取付板１０への鉛直荷重Ｗの負荷を解除して仮の上取付板１０を取り外し、本来の上取付板１０を一端の剛性層３にボルト１９を介して固定し、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい場合には、仮の上取付板１０への本免震支持装置１で支持する予定の鉛直荷重Ｗの負荷を解除して仮の上取付板１０を取り外し、中空部１４に追加の鉛を圧入する。追加の鉛の中空部１４への圧入は、追加の鉛を中空部１４の上部に油圧ラム等により押し込んで行う。追加の鉛の中空部１４への圧入後、上記と同様にして仮の上取付板１０を最上端の剛性層３にボルト１８を介して固定し、ロードセルからの電気信号に基づく面圧Ｐｒと面圧Ｐ０とから比Ｐｒ／Ｐ０を求め、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上である場合には、上記と同様にして仮の上取付板１０に代えて本来の上取付板１０を最上端の剛性層３にボルト１９を介して固定する一方、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００よりも小さい場合には、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になるまで、以上の追加の鉛の中空部１４への圧入を繰り返す。

なお、比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上になる場合には、無荷重（Ｗ＝０）で弾性層２の内周面１５が必ずしも凹面に変形しなくてもよい。

こうして製造された免震支持装置１では、面圧Ｐｒと面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上であるために、中空部１４に配された鉛プラグ１７を所定に隙間なしに弾性層２及び剛性層３並びに上取付板１０及び下取付板１１で拘束し得る結果、安定な免震特性を得ることができ、加えて、比ｈ１（＝ｔ２）／ｄ１及びｈ２（＝ｔ２）／ｄ２の夫々が、０．０５以上であるために、免震における中間部６１の水平方向Ｈの剪断変形で、積層方向Ｖにおける鉛プラグ１７の上端部２７及び下端部３１に対する保持性を維持できる一方、比ｈ１（＝ｔ２）／ｄ１及びｈ２（＝ｔ２）／ｄ２の夫々が、０．７以下であるために、中空部１４の積層方向Ｖの一端及び他端から当該一端及び他端間の中空部１４への鉛プラグ１７の流動、換言すれば、中間部６１から上端部２７及び下端部３１への並びに上端部２７及び下端部３１から中間部６１への流動を容易にさせ、鉛プラグ１７の上端部２７及び下端部３１と鉛プラグ１７の中間部６１との境界領域での鉛プラグ１７の流動を生じさせ、境界領域での鉛プラグ１７の固定化を回避できて、境界領域での鉛プラグ１７の疲労を低減でき、而して、地震エネルギ減衰能の低下を回避できる。

実施例１から３の免震支持装置１
弾性層２：厚さｔ１＝２．５ｍｍ、外周面４の径（外径）＝２５０ｍｍ、変形前の円筒状の内周面１５の径（内径）＝５０ｍｍであって、せん断弾性率＝Ｇ４の天然ゴムからなる円環状のゴム板を２０枚使用
最上端及び最下端の剛性層３：夫々厚さｔ２＝２０ｍｍ、外周面５の径（外径）＝２５０ｍｍ、内周面１６の径ｄ１及びｄ２＝５０ｍｍの鋼板を使用
最上端及び最下端の剛性層３間の剛性層３：厚さｔ３＝１．６ｍｍ、外周面５の径（外径）＝２５０ｍｍ、内周面１６の径（内径）＝５０ｍｍの鋼板を１９枚使用
被覆層６の厚さ＝５ｍｍ
比ｈ１／ｄ１＝ｔ２／ｄ１＝０．４
比ｈ２／ｄ２＝ｔ２／ｄ２＝０．４
免震支持装置１において、支持する鉛直荷重Ｗ＝６００ｋＮに対して、実施例１では、比Ｐｒ／Ｐ０＝１．０９となるように、実施例２では、比Ｐｒ／Ｐ０＝２．０２となるように、そして、実施例３では、比Ｐｒ／Ｐ０＝２．５０となるように、中空部１４に鉛を充填した。

比較例１の免震支持装置
支持する鉛直荷重Ｗ＝６００ｋＮに対して、比Ｐｒ／Ｐ０＝０．７３となるように中空部１４に鉛を充填した以外、実施例１から３と同様の免震支持装置を製造した。

実施例１から３の免震支持装置１と比較例１の免震支持装置との夫々の上取付板１０に鉛直荷重Ｗ＝６００ｋＮを加えた状態で、最大±５ｍｍの水平変位をもって上取付板１０に対して下取付板１１に水平方向Ｈに振動を加えた場合の水平変位−水平力（水平応力）の履歴特性を測定した結果を図５から図８に示す。図５から図７に示す履歴特性から明らかであるように、実施例１から３の免震支持装置１では、安定な免震特性を得ることができ、トリガ機能を有し、大振幅の地震に対して好ましく対応し得、また、図８に示す履歴特性から明らかであるように、比較例１の免震支持装置では、矢印で示すように凹みが生じて不安定な免震特性となり、トリガ機能を好ましく得ることができないことが判る。なお、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０以下であれば、製造において中空部１４への鉛の圧入が容易であり、それほど困難を伴わないことが判明した。また、比Ｐｒ／Ｐ０が５．９０を超えるように、中空部１４へ鉛を圧入しようとしたが、弾性層２の内周面１５の損壊なしに、これを行うことは困難であることも判明した。

比Ｐｒ／Ｐ０が１．００となるように、鉛プラグ１７が中空部１４に配されていると、図５に示す履歴特性と同等の履歴特性が得られることも確認した。

地震エネルギ減衰能の低下を回避できることを確認するために、免震支持装置１に相当する以下の３個の免震支持装置を製造した。
３個の免震支持装置に対しての共通事項
弾性層２：厚さｔ１＝５ｍｍ、外周面４＝１２０ｍｍ角、外周面３５＝１３０ｍｍ角、変形前の円筒状の内周面１５の径（内径）＝３０ｍｍφであって、剪断弾性率＝１．０（Ｎ／ｍｍ^２）の天然ゴムからなる環状のゴム板を５枚使用。
最上端及び最下端の剛性層３：夫々厚さｔ２＝２２ｍｍ、外周面５＝１２０ｍｍ角、内周面１６の径ｄ１及びｄ２＝３０ｍｍφの鋼板を使用。
最上端及び最下端の剛性層３間の剛性層３：厚さｔ３＝３．２ｍｍ、外周面５＝１２０ｍｍ角、内周面１６の径（内径）＝ｄ１＝ｄ２＝３０ｍｍφの鋼板を４枚使用。
被覆層６の厚さ＝５ｍｍ
鉛プラグ１７：鉛直荷重Ｗを積層体７に付加しない状態での中空部１４の容積の１倍の鉛を中空部１４に充填した。

以上を共通事項として、３個の免震支持装置において、
第一の免震支持装置では、
ｈ１／ｄ１＝ｈ２／ｄ２＝０．３
第二の免震支持装置では、
ｈ１／ｄ１＝ｈ２／ｄ２＝０．７
第三の免震支持装置では、
ｈ１／ｄ１＝ｈ２／ｄ２＝０．１
とした。なお、この場合、鉛直荷重Ｗ＝８２ｋＮを積層体７に加えた状態では、比Ｐｒ／Ｐ０は、ｈ１／ｄ１＝ｈ２／ｄ２＝０．３の際には、１．３６、ｈ１／ｄ１＝ｈ２／ｄ２＝０．７の際には、１．２４、そして、ｈ１／ｄ１＝ｈ２／ｄ２＝０．１の際には、２．２４であった。

なお、斯かる比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２を免震支持装置で得るために、貫通孔２８及び３２において、上端面４１と下面１２との間及び下端面５１と上面１３との間の夫々に所定の厚みを有するスペーサを介在させて、ｈ１及びｈ２を変化させた。

第一、第二及び第三の免震支持装置において、上取付板１０に鉛直荷重Ｗ＝８２ｋＮを加えた状態で、最大±２５ｍｍの水平変位をもって上取付板１０に対して下取付板１１に水平方向Ｈに周期９０秒で最大速度１．７ｍｍ／ｓをもった正弦波の繰り返し振動を５００回加えて、図９に示す水平変位と水平力との履歴曲線８１での切片荷重Ｑｄについて、３回目の繰り返し振動に際してのその値Ｑｄ_３と４５０回目の繰り返し振動に際してのその値Ｑｄ_４５０との比（切片荷重比）＝Ｑｄ_４５０／Ｑｄ_３を求めた。図１０から明らかなように、第一の免震支持装置では、Ｑｄ_４５０／Ｑｄ_３＝０．７８、第二の免震支持装置では、Ｑｄ_４５０／Ｑｄ_３＝０．９１、そして、第三の免震支持装置では、Ｑｄ_４５０／Ｑｄ_３＝０．７３であった。

図１０に示す比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２と、３回目の繰り返し振動に際しての切片荷重Ｑｄ_３に対する４５０回目の繰り返し振動に際しての切片荷重値Ｑｄ_４５０の比（切片荷重比）＝Ｑｄ_４５０／Ｑｄ_３との関係の試験結果から、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が０．４近傍で最大の比Ｑｄ_４５０／Ｑｄ_３＝０．９２となり、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が０．０５未満であるか又は０．７を超えると、比Ｑｄ_４５０／Ｑｄ_３が略０．７０以下となり、従って、履歴曲線８１で囲まれる面積で表される地震エネルギ減衰能の低下は、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が０．０５から０．７の範囲内であると、それ程生じないで、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が０．０５未満であるか又は０．７を超えると、著しくなり、而して、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２が０．０５から０．７の範囲内であると、地震エネルギ減衰能の低下を好ましく回避できる。

上記の例の免震支持装置１では、長さｈ１及び長さｈ２と厚さｔ２とは、互いに等しいが、長さｈ１及び長さｈ２のうちの少なくとも一方は、厚さｔ２よりも小さく（短く）てもよく、この場合には、貫通孔２８及び３２のうちの厚さｔ２よりも小さくなる長さｈ１及び長さｈ２のうちの少なくとも一方に対応する貫通孔に蓋等のスペーサを嵌装して、厚さｔ２よりも小さい（短い）長さ（ｈ１、ｈ２）を得るようにするとよく、また、上記の例の免震支持装置１では、上端部２７を最上端の剛性層３で、下端部３１を最下端の剛性層３で夫々水平方向Ｈに保持したが、これに代えて、最上端の剛性層３及び最下端の剛性層３を省いて、上取付板１０及び下取付板１１の夫々に蓋等で閉鎖されていると共に水平方向Ｈにおいて径ｄ１及びｄ２を、そして、積層方向Ｖにおいて長さｈ１及びｈ２をもった貫通孔を設け、当該貫通孔の夫々にも鉛を圧入、充填して当該貫通孔の夫々に上端部２７及び下端部３１の夫々を形成し、鉛プラグ１７を、上取付板１０の内周面で規定された中空部の積層方向Ｖの一端である径ｄ１及び長さｈ１の当該貫通孔に配された上端部２７と、下取付板１１の内周面で規定された中空部の積層方向の他端である径ｄ２及び長さｈ２の当該貫通孔に配された下端部３１と、積層方向Ｖにおけるこれら上端部２７及び下端部３１間の中空部に配された中間部６１とを具備して構成してもよく、この場合、積層方向Ｖにおいて最上端及び最下端に配された弾性層２の夫々を上取付板１０及び下取付板１１の夫々に加硫接着して当該上取付板１０及び下取付板１１の夫々に固定するとよく、斯かる免震支持装置１でも、比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々が、０．０５から０．７の範囲内であると、上記の例の免震支持装置１と同等の効果を生じ得る。

１ 免震支持装置
２ 弾性層
３ 剛性層
４、５ 外周面
６ 被覆層
７ 積層体
８ 上端面
９ 下端面
１０ 上取付板
１１ 下取付板
１２ 下面
１３ 上面
１４ 中空部
１５、１６ 内周面
１７ 鉛プラグ

Claims (13)

1. 交互に積層された複数の弾性層及び剛性層を有する積層体と、この積層体の積層方向の一端面及び他端面に取付けられた一端取付板及び他端取付板と、弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板で取り囲まれていると共に積層方向に伸びた中空部に配された振動減衰体とを具備しており、且つ、一端取付板に加わると共に他端取付板に向かう積層方向の荷重を積層体及び振動減衰体で支持するようになっている免震支持装置であって、支持する積層方向の荷重に基づく振動減衰体からの一端取付板への面圧Ｐｒと当該荷重に基づく積層体の荷重に対する受圧面での面圧Ｐ０との比Ｐｒ／Ｐ０が１．００以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．００）となるように中空部に配された振動減衰体は、積層体の積層方向の一端の剛性層又は一端取付板の内周面で規定された中空部の積層方向の一端に配された一端部と、積層体の積層方向の他端の剛性層又は他端取付板の内周面で規定された中空部の積層方向の他端に配された他端部と、積層方向におけるこれら一端部及び他端部間の中空部に配された中間部とを具備しており、中間部の積層方向の一端からの振動減衰体の一端部の積層方向の長さｈ１及び中間部の積層方向の他端からの振動減衰体の他端部の積層方向の長さｈ２と積層方向に対して直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の当該一端部及び他端部の径ｄ１及びｄ２との比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々は、０．０５から０．７の範囲内である免震支持装置。
2. 振動減衰体は、弾性層及び剛性層並びに一端取付板及び他端取付板に対して隙間なしに中空部に配されている請求項１に記載の免震支持装置。
3. 他端取付板に対しての一端取付板の積層方向に直交する方向の振動を振動減衰体の塑性変形で減衰させると共に他端取付板の積層方向に直交する方向の振動の一端取付板への伝達を積層体の剪断弾性変形で抑制するようになっている請求項１又は２に記載の免震支持装置。
4. 比Ｐｒ／Ｐ０が、１．００を超える（比Ｐｒ／Ｐ０＞１．００）ように又は１．０９以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧１．０９）、２．０２以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．０２）若しくは２．５０以上（比Ｐｒ／Ｐ０≧２．５０）となるように、振動減衰体が中空部に配されてなる請求項１から３のいずれか一項に記載の免震支持装置。
5. 比Ｐｒ／Ｐ０が、５．９０以下（比Ｐｒ／Ｐ０≦５．９０）となるように、振動減衰体が中空部に配されてなる請求項１から４のいずれか一項に記載の免震支持装置。
6. 比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々は、０．５以下である請求項１から５のいずれか一項に記載の免震支持装置。
7. 比ｈ１／ｄ１及び比ｈ２／ｄ２の夫々は、０．２５以上である請求項１から６のいずれか一項に記載の免震支持装置。
8. 振動減衰体は、塑性変形で振動エネルギを吸収する減衰材料からなる請求項１から７のいずれか一項に記載の免震支持装置。
9. 減衰材料は、鉛、錫又は非鉛系低融点合金からなる請求項８に記載の免震支持装置。
10. 中空部を規定する積層体の内周面は、振動減衰体が弾性層に食い込んで、当該弾性層の位置で凹面になっている請求項１から９のいずれか一項に記載の免震支持装置。
11. 中空部を規定する積層体の内周面は、振動減衰体が弾性層に食い込んで、剛性層の位置で凸面になっている請求項１から１０のいずれか一項に記載の免震支持装置。
12. 積層方向の一端の剛性層は、その内周面で規定されていると共に振動減衰体の一端部が配された貫通孔を具備しており、この貫通孔は、振動減衰体の一端部の積層方向の長さｈ１に等しい長さと、当該一端部での積層方向に直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の径ｄ１に等しい径とを有している請求項１から１１のいずれか一項に記載の免震支持装置。
13. 積層方向の他端の剛性層は、その内周面で規定されていると共に振動減衰体の他端部が配された貫通孔を具備しており、この貫通孔は、振動減衰体の他端部の積層方向の長さｈ２に等しい長さと、当該他端部での積層方向に直交する方向であって免震における中間部の剪断変形方向の径ｄ２に等しい径とを有している請求項１２に記載の免震支持装置。

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